subota, 24.08.2013.
ROBOTI 8.R. DODATNA TEMA 4.3.2.
|
VRSTE I PRIMJENE ROBOTA INDUSTRIJSKI ROBOTI su multifunkcionalni elektromehanički uređaji namijenjeni da manipuliraju materijalima, alatima, radnim predmetima, te da obavljaju različite proizvodne zadaće u svom fizičkom okružju. Industrijski robot se sastoji od mehaničkog sustava, upravljačkog modula sa softverom, mjernog sustava, a roboti sa hidrauličkim i pneumatskim pogonom (zastupljeni oko 10%) imaju i poseban agregat. Upravljanje robotima može biti sa čvrstim programom, programibilno, adaptivno i sa elementima inteligencije. Programiranje se izvodi pomoću viših standardnih jezika: Java, paskal, C++ i fortran, koji se uglavnom koristi za razvojno znanstvene aplikacije. Također više proizvođača razvilo je vlastite programske jezike sa ciljem da se poveća produktivnost i osvoji veći tržišni udjel, a evo nekih: AML, rapid, karel, V+, ACE, AS, KRL, VAL,...Industrijski roboti su namijenjeni za zavarivanje, strojnu obradu, kovanje, oblikovanje lima, manipulaciju komadima, montažu, poliranje, pjeskarenje, finu završnu obradu, lemljenje, jijepljenje, pakiranje, paletiziranje, za tlačni lijev, za precizni lijev, manipulaciju u ljevaonicama, za farmaceutsku industriju, industriju poluvodiča, obradu plastike, obradu drva, antikorozivnu zaštitu, mjerenje, testiranje, kontrolu,... Evo i osnovnih tehničkih karakteristika prema FANUC ROBOTICS. Fanuc nudi 20 tipova industrijskih robota. Raspon opterećenje je od 0,5 do 1350 kg, maksimalni moment do 14,7 kNm, doseg do 4,7 m. Fanuc nudi robote sa najvećom točnošću od 0,02mm, a Epson od 0,005mm. U svijetu je trenutno oko 1000000 industrijskih robota, a 400000 otpada na Japan, što svakako doprinosi njegovoj gospodarskoj uspješnosti. Svi segmenti robotskog sustava moraju biti optimalno dizajnirani, a posljedice su dugovječnost i sporo zastarjevanje. Tehnička kultura preporuča da oni učenici koji pokazuju interes za mehatroniku posjete ne Internetu stranice iz robotike: Fanuc robotics, ABB robotics, Staubli robotics,Yaskawa robotics, OTC Daihen robotics (zavarivanje), Denso robotics (velike brzine), Epson robotics (velike brzine i točnost), Apolo-Seiko robotizirane stanice za lemljenje, Kuka robotics, Kawasaki robotics, Adept tehnology robotics, Comau robotics, ... Nakon stanovitog zatišja u razvoju i primjeni robota prije osam godina pojavljuje se serija inovacija, a jedna su suradnički roboti čija je namjena da u proizvodnom procesu sudjeluju zajedno sa ljudima, bez opasnosti da ih ozlijede. Zbog 7 stupnjeva slobode svake ruke fleksibilnost je znatno povećana. Lako se programiraju, a jedna od mogućih namjena je završna montaža u elektronici. ABB je predstavio Fridu dvoručni robot sa 15 stupnjeva slobode gibanja, Yaskawa - Motoman dvoručni robot sa 15 stupnjeva slobode gibanja DIA 10, Kuka jednoručne robote LWR 4 i 5 sa 7 stupnjeva slobode gibanja, Universal robots dvoručnog robota sa 12 stupnjeva slobode gibanja, Scara RF-400 četveroosni,... Posebno izdvajamo dvoručni robot visoke inteligencije Baxter kojeg je razvila tvrtka Rethink robotics, a iskustvo je stjecano i na MIT-u. INDUSTRIJSKI MOBILNI ROBOTI primjenjuju se u proizvodnim pogonima i skladištima za manipulaciju materijalom. Pošto je vrijeme za manipulaciju materijalom značajno mogu se postići i velike uštede. Gibanje može biti na šinama ili pomoću robotiziranih viličara, a u širem smislu ovdje možemo ubrojiti i visokoautomatizirana regalna skladišta. MOBILNI ROBOTI ZA OCEANSKA ISTRAŽIVANJA obavljaju znanstvene, gospodarske i vojne zadaće u oceanskim dubinama. Zbog ograničenih mogućnosti komunikacije pomoću radiovalova koriste se upravljanja pomoću bakrenih vodiča, optičkih vlakana, te svjetlosnih ili zvučnih signala. Također postoje i potpuno autonomne sonde koje se kreću po zadanom programu koristeći energiju koja se može usporediti sa podvodnim jedrenjem. Poznate su robotizirane ronilice: Robotuna, Odisej IV, Talisman, Viktor 6000, Nereus, Pluton plus, Sea explorer, Blackghost, Bluefin-12, Echo ranger, te hodači po morskom dnu nalik na jastoga. MOBILNI ROBOTI ZA PRIMJENU NA KOPNU koriste se za čišćenje javnih zgrada, gašenje požara, rudarstvu i istraživanja zaleđenih dijelova Zemlje i vulkana. Za vojne svrhe koriste se za polaganje mina i deminiranje, a poznati je robot Talon. Hrvatska tvrtka Doking proizvodi robote za deminiranje i gašenje požara. MOBILNI ROBOTI ZA SVEMIRSKA ISTRAŽIVANJA. Krajem prošlog stoljeća lansirane su brojne sonde i moduli za istraživanje planeta i asteroida sunčevog sustava, te kometa. Velike investicije u novu tehnologiju dovele su do mnogih otkrića, a svako su poduprle i razvoj industrijske robotike. Evo značajnijih pothvata: * Sonde Voyager 1 i 2 nakon uspješnog istraživanja Jupitera teleportirane su u međuzvjezdani prostor. Na sebi nose pozlaćene diskove sa zapisima o kulturi planete Zemlje. * Mariner 10 i Messenger istraživali su Merkur. * Sonde Epoxi, Giotto, Stardust, ICE, i Roseta istraživali su komete. * Galileo i NEAR Soemaker istraživali su asteroide, e Soemaker se spustio na asteroid Eros. * Viking, Spirit, Observer i Sojourner istraživali su Mars. * Vega 1 i 2 spustile su se na Veneru i uspješno obavile ispitivanja. * Letjelica Cassini opremljena sodom Huygens obavila je u trajanju od 11 godina misiju istraživanja Saturna i njegovog satelita Titana. Sonda je 4 puta ubrzana gravitacijskim djelovanjem planeta. (2 puta Venare, te Zemlje i Jupitera) Napravljeno je mnogo uspješnih fotografija Saturna i Titana, a Huygens se spustio na Titan. LETJELICA PREDATOR prikuplja vojnoobavještajne podatke na Zemlji. MEDICINSKI ROBOTI najvažniju primjenu imaju u endoskopskoj i telekirurgiji. Poznati su Puma 200, Pro-robot, Robodoc, da Vinci i Zeus. Zatim tu spadaju rehabilitacijski, telemanipulacijski i bioroboti. Velika sredstva se ulažu u razvoj nanorobota, pa tu možemo očekivati značajna postignuća. MEDICINSKI MOBILNI ROBOTI su uglavnom bolnički asistenti, a poznati su Help-Mate, RP-7 i Riba. MEHANIČKA STRUKTURA ROBOTA Mehaničku strukturu robota čini kinematički lanac od zglobova (pasivnih i aktivnih), krutih članaka i prihvatnice. Pasivne zglobove čine rotacijski, translacijski, vijčasti, valjkasti i kuglasti. Aktivni zglob nastaje udruživanjem prijenosnika snage i energetskog prigona. U prijenosnike snage spadaju zupčani i lančani prijenosnik, prijenosnik sa zupčastim remenom, zupčasta letva sa zupčanikom, navojno vreteno sa maticom i zglobne poluge. Energetski prigoni su razni tipovi elektromotora, hidromotori, hidraulički i pneumatski aktuatori (aksijalna i rotacijska varijanta) i elektromehanički aktuatori. Dodatno u mehaničku strukturu spadaju osovine i vratila, uležištenja i kompenzatori gravitacijskog djelovanja. Kinematika je područje mehanike koja matematičkim modeliranjem proučava gibanje, orjentaciju, brzinu i ubrzanje kinematičkog lanca bez razmatranja sila. Kinematički lanac ima tri do šest stupnjeva slobode gibanja. Tri je minimalna opcija, a šest (tri rotacije i tri translacije) omogućuje potpuno pozicioniranje prihvatnice. U novije vrijeme pojavljuju se kinematički lanci sa sedam stupnjeva slobode gibanja (suradnički roboti). Pozicioniranje prihvatnice je potpuno, ali uz znatno veću fleksibilnost. Članci takvih struktura mogu se gibati i kad prihvatnica i rame miruju. Djeluje impresivno, međutim ljudska ruka ima 32 stupnja slobode gibanja. Geometrija radnog prostora prihvatnice definirana je vrstom zglobova pa imamo: a) Pravokutnu (TTT), b) Cilindričnu (RTT), c) Sfernu (RRT), d) Kvazicilindričnu (RTR), e) Rotacijsku (RRR), f) SCARA (RRRT), g) DELTA (paralelnu). PRIJENOS GIBANJA ROBOTA Gibanje kinematičkog lanca prenosi se od energetskih prigona preko prijenosnika gibanja i snage do krajnjeg izvršnika. Naprijed su navedeni prijenosnici koji se koriste za prijenos gibanja u kinematičkim lancima, a ovdje navodimo njihove osnovne kinematičke značajke. ZUPČANI PRIJENOS prenosi gibanje relativno blizu. Zupčanici se vrte u suprotnom smjeru, a mogu se prenositi relativno velike snage. Manji zupčanik se okreće brže od većeg proporcionalno prijenosnom odnosu (kvocjent broja zubi). PUŽNI PRIJENOS je posebna vrsta zupčanog koji se odlikuje velikim prijenosnim odnosom. Pužni vijak je obično jednovojni. Za jedan okret zupčanika okrene se onoliko puta koliko zupčanik ima zubi, a toliki je i prijenosni odnos. Kod dvovojnog pužnog vijka prijenosni odnos je jednak polovici broja zubi zupčanika. LANČANI PRIJENOS koristimo kad gibanje trebamo prenjeti na veću udaljenost, a lančanici se vrte u istom smjeru. Za primjenu u robotici lančanici moraju biti kvalitetno strojno i toplinski obrađeni, a lanci kalibrirani. Za proračun prijenosnog odnosa vrijede iste kinematičke relacije kao i kod zupčanog prijenosa. PRIJENOS SA ZUPČASTIM REMENOM ima istu kinematiku kao i lančani. Remen je armiran čeličnim nitima. ZUBNU LETVU koristimo kad gibanje trnsformiramo iz rotacijskog u tanslacijsko. Ako dodirni opseg zupčanika (3,14d) pomnožimo sa brojem okretaja zupčanika dobićemo brzinu gibanja zubne letve. VIJČANO VRETENO također koristimo kod transformacije rotacije u translaciju. Ako broj okretaja vretena pomnožimo sa njegovim usponom dobićemo brzinu gibanja matice. Elementi prijenosnika gibanja okreću se sa vratilima ili oko osovina koji su uležišteni pomoću kliznih ili valjnih (kotrljajućih) ležajeva. POGON ROBOTA Pogon robota može biti elektromotorni (udjel oko 90%), hidraulički (udjel oko 5%) i pneumatski (udjel oko 5%). ELEKTROMOTORNE POGONE u robotici dijelimo na pogone servo motorima i koračnom motorima. Tehnološki napredni servo motori pogonjeni su sinhronim izmjeničnim motorima sa rotorom od permanentnog magneta. Najveću specifičnu snagu imaju motori sa magnetima na bazi primjesa neodimija (pripada u rijetke zemlje), a mogu podnijeti temperature do 140 st C. Opremljeni su elektromagnetskim kočnicama nove generacije, a pozicija se regulira pomoću enkodera (zatvorena regulacijska petlja). Koračni motori su upravljani digitalnim signalima iz upravljačkog modula tako da izvedu pomak od zadanog broja malih koraka (otvorena regulacijska petlja). Rotor koračnog motora može biti od stalnog magneta, mekog željeza, kada ima zupčasti oblik i kombinirano hibridna izvedba. Broj koraka po punom okretu ovisi o načinu rada. Kod načina punog koraka je do 500. Polukoračni način je do 1000, a mikrokoračni način do 50000. Koračni motori vrlo velikh snaga reguliraju se pomoću davača položaja (zatvorena regulacijska petlja). HIDRAULIČKI POGON se koristi kad su potrebne velike snage. Hidraulički agregat priprema hidrauličko ulje odgovarajuće količine i tlaka. Ulje se cjevovodima doprema u hidromotore, te aksijalne i radijalne aktuatore. Distribucijom ulja upravlja upravljački modul pomoću elektromagnetskih ventila i razvodnika. Nužan je povratni vod, a pošto se ulje grije ugrađuje se i hladnjak ulja. PNEUMATSKI POGON se upotrebljava u slučaju manjih sila i relativno velikih brzina. Tlačni medij je zrak i priprema se u kompresorskom agregatu, te nije potreban povratni vod. Za upravljanje prihvatnicom robotske ruke, a i za druga kratka gidanja koriste se elektromagneti. UPRAVLJAČKI SUSTAV ROBOTA Njegova je zadaća da upravlja robotskim prigonima tako da osigura gibanje kinematičkog lanca robota uključivo sa prihvatnicom u skladu sa zadanim algoritmom. Prikuplja ulazne logičke signale, obrađuje ih prema programu i generira odgovarajuće izlazne upravljačke signale. Za jednostavnije upravljačke zadaće hardver upravljačkog sustava je PLC (programabilni logički kontroler), a u slučaju složenog upravljanja radi se o industrijskom računalu koje ima sve hardverske komponente, a programira se u višim standardnim ili internim programskim jezicima. Softver za upravljanje robotima nije standardiziran nego svaki od oko 35 proizvođača robota ima svoje rješenje. Uz upravljanje robotom upravljački sustav preko digitalnih ulaza i izlaza osigurava koordinaciju sa ostalim komponentama proizvodnog procesa, ima opciju za on-line dijagnostiku i servis, te virtualnu provjeru programa. Programiranje upravljačkog sustava robota izvodi se na slijedeće načine. a) Pomoću upravljačkog privjeska, b) Nezavisnim programiranjem (of-line), c) Programiranje pomoću 2D ili 3D robotskog vida, d) Programiranje pomoću 3D PLM softvera pri, projektiranju integralnog tehnološkog procesa, e) Pomoću softvera za automatsko programiranje. Programiranje pomoću UPRAVLJAČKOG PRIVJESKA ne zahtijeva posebno znanje o programiranju. Operator pomoću upravljačkih tipki vodi robotsku ruku po optimalnoj trajektoriji i sa optimalnom brzinom. Pomoću tipki se memoriraju bitne koordinate i radni parametri kinematičkog lanca, te ostali digitalni signali koji osiguravaju vezu sa drugim komponentama prizvodnog procesa. Mana ovog načina programiranja je nedovoljna preciznost pozicioniranja i orjentiranja, jer se sve bazira na vizuelnoj procjeni i nemogućnost programiranja složenih (zatvorenih) regulacijskih petlji. Također prilikom programiranja proizvodni proces mora biti prekinut. NEZAVISNO PROGRAMIRANJE izvodi se na za to namjenjenom računalu pa se ne prekida proizvodnji proces. Koriste se viši programski jezici (neki su navedeni na početku teksta) i zahtjeva se znanje računalnog programiranja. Trajektorije i ostali kinematičko-dinamički parametri programiraju se vrlo precizno uključujući i zatvorene regulacijske petlje. Pomoću grafičkog simulacijskog programa robot se pušta u virtualni rad, uočavaju se i otklanjaju eventualne greške. Programiranje pomoću 2D ili 3D ROBOTSKOG VIDA omogućuje robotizaciju one industrijske proizvodnje koja nije bila podesna za automatizaciju, a koristi se i kod robotske kirurgije. Algoritam za obradu digitalizirane slike omogućuje programiranje složene regulacijske petlje. (vizuelna povratana veza). Projektiranje proizvodnih procesa u kojim su uključeni i roboti u 3D specijalnim softverskim paketima omogućuje da se nakon simulacije i eventualne korekcije program za pokretanje robotskog upravljačkog modula jednostavno učita. Tvrtka DASSAULT razvila je softver DELMIA, tvrtka FESTO softver COSIMIR PROFESIONAL, a Siemens preuzimanjem i razvojom softverski paket PLM. Dio PLM-a RobotExpert namjenjen je za 3D projektiranje proizvodnih procesa sa uključenim robotima. Usput napominjemo da je dio PLM-a SOLID EDGE namjenjen za 2D projektiranje besplatno dostupan. Program zahtjeva windows 7 platformu. DELMIA software, COSIMIR PROFESIONAL software, te RobotExpert software imaju prezentirano na Internetu mnogo proizvodnih procesa sa robotima (opcija slike). PROGRAMI ZA AUTOMATSKO PROGRAMIRANJE zahtjevaaju da se na programu prepoznatljivom načinu unesu karakteristike proizvodnog procesa, a programiranje pojedinih operacija i gibanja program napravi sam. Poznati su IBM-ov AUTOPASS i LAMA (MIT). |
četvrtak, 01.08.2013.
POVIJEST VODNOG KOLA I TURBINE dodatna tema *****+
|
Vodno kolo je prvi stroj u ljudskoj povijesti koji je koristio neku prirodnu energiju za pretvorbu u mehanički rad. Kroz 2000 godina odigralo je veliku ulogu u razvoju tehnike obavljajući slijedeće zadaće: Izvlačenje vode radi navodnjavanja ili odvodnje, pogon mlinskog kamena, pogon sustava za gnječenje gline, pogon mjehova talioničkih peći i hidrauličkih čekića u kovačnicama, pogon pilana, drobljenje rude, pogon ranih tekstilnih strojeva,... * Prvi zapisi o korištenju vodnog kola dolaze nam iz južne Mezopotamije (protodinastijsko sumersko razdoblje). Postoje članci na Internetu koji navode krištenje vodnog kola za navodnjavanje, citirajući sumerske zapise, uz napomenu da nije poznato na osnovu koje energije se kolo okreće. ABC tehnike, pozivajući se na Chronik der Technik, navodi da se vodna kola koriste u Mezoptamiji za izvlačenje vode iz velikih pričuvnih bazena u kanale za navodnjavanje. Navodi se razdoblje oko <2750. godine. Vidljivo je da ni ovdje nije poznato na osnovu koje energije se kolo okreće. * Grčki pjesnik Antipatera oko <400. godine donosi opis mlina pogonjenog vodnim kolom. Navodi da su žene tako oslobođene teškog rada - okretanja žrvnja. * U naselju Perashora u blizini Korinta otkopano je vodno kolo koje se koristilo za izvlačenje vode u vodovod. Kolo su okretali volovi, a starost se procjenjuje na <250. godinu. Izrađen je moderni model i može se vidjeti na Internetu (Perashora wheel). * Na osnovu opisa rada vodenica poznatog grčkog matematičara Apolonija iz Perge smatra se da su se horizontalna vodna kola počela primjenjivati početkom <3. stoljeća, a vertikalna oko <240. godine. * Grčki inženjer Philon od Byzantiona u djelima Pneumatica i Parasceuastica oko<240. godine detaljno opisuje i grafički prikazuje nekoliko vodnih kola uključujući i ono za dizanje vode. * Marcus Vitruvije Pollio, arhitekt cara Augusta oko <25. godine u djelu de Arhitectura (10 tomova) detaljno opisuje vodenice. To je bila temeljna literatura iz tog područja dugi niz godina. Izrađen je model i može se vidjeti na Internetu. Vitruvije opisuje i kolo za pogon brodova. * Kineski inženjer Du Shi u >31. godini konstruirao je složeno horizontalno kolo za pogon mjeha talioničke peći. Ta tehnologija je usvojena u Europi tek za nekoliko stoljeća. * U mjestu Barbegal u južnoj Francuskoj otkriven je sustav od 16 vodenica koji predstavlja najveću koncentraciju mehaničke energije u antičkom svijetu. Pogonjene su vertikalnim kolima sa privodom odozgor, a pretpostavlja se da potječu iz >prvog stoljeća. * U sjevernom Tunisu otkrivene su dvije vodenice sa naprednim horizontalnim kolom.Privodni kanal ulazi tangencijalno u statorsku komoru što je svojstvo turbina. Starost se procjenjuje na >300. godinu. * Rani plimni mlin otkriven je u Irskoj, a potječe iz >6. stoljeća. * Doprinos islamskih inženjera. * Muhamed ibn al-Razi Zakarija iz 10. stoljeća opisuje vodno kolo koje podiže 2550 l/min. * Na rijeci Orontu bilo je izgrađeno mnogo vodnih kola. Preostalo je 17, a najveće je u gradu Hami promjera 20 m. * U Bagdadu u 10 stoljeću izgrađeni su mlinovi na plutajućim platformama ispod mosta na Tigrisu. Mogli su proizvesti 10 tona kukuruznog brašna dnevno, a bili su izrađeni od tikovine. * Znanstvenik hrvatskog porijekla Faust Vrančić objavljuje 1616. godine u Veneciji knjigu Novi strojevi. U knjizi je detaljno opisano i grafički prikazano 49 strojeva. Prikazano je nekoliko vodnih kola, a jedno je imalo značajke turbine. * Škot Robert Barker konstruirao je 1740. godine prvu vodnu turbinu. Rotor je položen horizontalno, a privod vode je centralno odozgor. * Britanski inženjer John Smeaton prvi se sustavno bavi ispitivanjem vertikalnih vodnih kola. Dolazi do zaključka da kola sa privodom odozdol i maju stupanj djelovanja prosječno 0,22, a sa privodom odozgor 0,63. Kod kola sa privodom odozgor razlikujemo dva tipa. Ako su lopatice usmjerene suprotno nadolazećoj vodi kolo se okreće u smjeru vode. Ako su lopatice usmjerene u smjeru vode kolo se vrti suprotno od toka vode. Voda se izlijeva iza kola, ima još stanovitu energiju i predaje je potiskujući lopatice na odlasku. Bolje konstrukcije horizontalnih vodnih kola imaju stupanj djelovanja od 0,15 do 0,3. * Najveće vodno kolo u povijesti bilo je u SAD. Imalo je promjer 22 m, a širinu 1,8 m * Poznati francuski matematičar Jean Viktor Poncelet (kasnije ravnatelj Ecole Politechniqe u Parizu i član akademija znanosi Francuske, Njemačke, Velike Britanije i Rusije) konstruirao je 1824. godine napredno vodno kolo sa stupnjem djelovanja 0,7. Privod vode je bio odozdol, a kolo je uronjeno u privodni kanal do polovice. Lopatice vodnog kola bile su optimalno profilirane. * Francuski inženjer Benoit Fourneyron konstruirao je 1827. godine horizontalnu vodnu turbinu stupnja djelovanja 0,8. Privod vode i stator smješteni su centralno, a rotor, koji se mogao okretati do 2300 o/min periferno. Lopatice su optimalno profilirane, ali u jednoj ravnini. Turbina se pokazala pouzdana u radu pa je značajno primjenjivana u Europi i Americi. * Moderne vodne turbine * Francisova turbina je prva razvijena vodna turbina. Ugrađuje se uglavnom horizontalno. Statorska komora je spiralnog oblika i u njoj su smještene privodne lopatice za regulaciju kapaciteta. Rotor ima fiksne lopatice i smješten je centralno. Voda ulazi u statorsku komoru pod tlakom, a zatim u statoru i rotoru dolazi do pretvorbe u kinetičku energiju vrtnje. Voda izlazi kroz centralno smješten difuzor bez tlaka i sa minimalnom brzinom. Turbina se naziva rakcijskom, radijalnog unutarnjeg toka. Ima iskorištenje oko 90%, a primjenjuje se za visine pada od 40 do 600m. Instalirane snage mogu biti do 800 MW i pokrivaju 60% svjetske proizvodnje. Rotori su veliki do 10 m u promjeru, a brzna vrtnje je do 1000 o/min. James Bicheno Francis ( 1815 - 1892 ) doselio je u SAD iz Britanije i čitav život se uspješno bavio raznim djelatnostima iz područja hidromehanike. U razvoj turbine nije išao potpuno samostalno. Jedno vrijeme je surađivao sa američkim strojarskim inženjerom Urijah Atherton Boydenom koji je usavršio i uspješno proizvodio Fourneyronovu turbinu vanjskog toka. Francis je uz stanovito obeštećenje 1848. godine nastavio samostalni razvoj turbina unutrašnjeg toka. Imao je šestero djece. Postao je profesor na sveučilištu u Lowelu i primio više priznanja. * Peltonova turbina je razvijena za visoke padove (200 -1800) uz male količine vode. Postavlja se vertikalno. Rotor može biti i minijaturan pa do 15m u promjeru za snage do 200 MW. Po obodu ima raspoređene lopatice u obliku školjke kojih može biti do 40. Voda se privodi cjevovodima kojih može bit 1 - 6 i koji završavaju sa sapnicama. Prolaskom kroz sapnicu voda posjeduje samo kinetičku energiju, a brzina joj je dvostruko veća od obodne brzine rotora. Mlaz pogađa lopaticu tangencijalno , dijeli se na dva dijela, zaokreće za 180 stupnjeva i napušta turbinu predajući rotoru ukupni zamah. Peltonove turbine nazivamo i impulsne i turbine slobodnog mlaza. Lester Allan Pelton bio je stolar. Krenuo je na američki zapad radi zlatne groznice, ali se stjecajem okolnosti počeo baviti hidromehanikom Godine 1878. radikalno je poboljšao postojeća turbine slobodnog mlaza i dobio svršen stroj sa iskorištenjem od 92%. Primio je više priznanja radi svojih otkrića. * Kaplanove turbine su razvijene za male padove (2 - 40) i velike količine vode. To je također reakcijska turbina radijalnog unutarnjeg toka. Postavlja se vertikalno sa izuzetkom plimnih izvedbi. Privodno kolo ima 20-32, a rotor 4-8 zakretnih lopatica koje se zajednički zakreću radi regulacije pomoću kulisnog mehanizma. Kapacitet im se kreće do 120 MW, a stupanj iskorištenja je oko 90%. Austrijski strojarski inženjer dr. Viktor Kaplan razvio je ovaj uspješni stroj od 1912. do 1922. u laboratoriju u Brnu. * Napomena: Tema sa oznakom *****+ je za one koji žele znati više. |
subota, 13.04.2013.
POVIJEST ROBOTA I ROBOTIKE - 8.R. DODATNA TEMA 4.3.1. *****+
|
Povjesničari znanost navode radove dvojice znanstvenika tehničke struke kao značajnije početke vezane za ovu temu. Radi se o Heronu Aleksandrijskom iz >prvog stoljeća i Ismailu Al Jazariju iz >12 stoljeća. Graditelji velikih piramida iz 3. i 4. egipatske dinastije izgrađujući kompleksne sigurnosne sustave suočavali su se također s aktivnostima koje su imale elemente automatizacije. Da bi se obeshrabrilo ili onemogućilo potencijalne plačkaše grobova izgrađivane su lažne dvorane, zidovi i vrata, provalije i smrtonosne zamke. Izgradnja ovih obrambenih mehanizama suočavala je graditelja sa ozbiljnim logističkim i organizacijskim problemima, a usto je morao biti i izrazito kreativan. Spominju se: Automatsko zaprašivanje otrovnim prahom, automatsko izbacivanje teških blokova na uljeza, automatsko aktiviranje žica koje su sjekle glave, itd. * Imhotep < 2655-2600 graitelj je prve piramide (Džoserova stepenasta piramida) zajedno sa ocem Kanoferom koji je također bio arhitekt prvi su posvjedočeni inženjeri u ljudskoj povijesti. Napisao je enciklopediju arhitekture, a bio je i poznati liječnik i kancelar. Bio je iznimno cijenjen te je uzdignut u rang božanstva. Njegov utjecaj se protezao preko 2000 godina sve do dinastije Ptolomejovića. Grob mu još nije pronađen, a pretpostavlja se da bi mogao sadržavati veliko bogatstvo. * Nefermaat je bio arhitekt faraona Sneferua, a i njegov sin ( prijelaz 3/4 dinastija). Izgrađene su tri piramide od kojih su dvije imale statičke probleme. Iskustvo je uspješno primjenio njegov sin Hemiunu kod gradnje Keopsove piramide. * Hemiunu ( oko <2570) je bio arhitekt faraona Kufua (Keops), a i njegov nećak. Arhitekt je Keopsove piramide koja je statički savršena. Imao je velike ovlasti, bio iznimno cijenjen i potpuno predan karijeri. * Dedal < (oko1600) genijalni arhitekt kralja Minosa izgradio je impresivnu palaču u Knososu na Kreti koja je u podrumskom dijelu imala kompleks labirinta. Prema predaji izrađivao je statue sa motoričkim i govornim sposobnostima za što je korištena živa. Također je izradio i Arijadnin plesni podij, a bio je stručnjak za sigurnosne sustave grobnica. * Iz Kine ima više zapisa o androidima, mehaničkim životinjama i drugim automatima, a evo nekih. * Inženjer Shi Yan oko (< 1000) izradio je androida kralja Mu sa velikim motoričkim mogućnostima. Android je imao unutrašne organe bez kojih nije funkcionirao. * Spominje se da je Lu Ban (oko <500) napravio mehaničku drvenu pticu koja je mogla uspješno letjeti navodno tri dana. * U narednom periodu u Kini spominju se također: Mehanički orkestar, mehanički golubovi, anđeli i zmajevi koji lete, androidi sportaši, automatizirana kola, itd. * Izraelski kralj Salomon (< 961-922), poznat po velikoj mudrosti, dizajnirao je prijestolje sa mehaničkim životinjama koje su ga pozdravljale. ( orao, golubica, vol, lav). * Arhitani od Taranta (< 428-oko 350) dugogodišnji strateg Taranta te cijenjeni filozof i matematičar. Konstruirao je drvenu golubicu koja je mogla letjeti pogonjena komprimiranim zrakom, a također i mehaničkog čovjeka. * Ctesibius Aleksandrijski (< 285-222) utemeljitelj je Aleksandrijske škole za matematiku i tehničke znanosti te prvi voditelj muzeja usavšio je mehanizam vodenog sata regulacijom vrtnje pomoću povratne veze. Ovi satovi su bili najtočniji sve do izuma Christiaana Huygensa. * Philon iz Byzantiona (kasnije Konstantinopolis < 280-220) napisao je 9 knjiga od čega izdvajamo mehaniku, pneumatiku i automatiopeicu koje su imale veliki utjecaj. Konstruirao je automatski lavabo čiji je protok reguliran povratnom vezom, a zatim i androida (djevojku) koji je posluživao vino ili bevandu u željenoj koncentraciji. * Antikitera mehanizam ( oko < 150) pronađen je na olupini broda kod istoimenog otoka pored Krete. Detaljna proučavanja su pokazala da se radi o analognom računalu za astronomske, geografske i mehaničke izračune. * Heron Aleksandrijski (> 10-70) je cijenjeni matematičar i znanstvenik tehničke struke. Djelovao je u okviru muzeja u Aleksandriji. U djelu Pneumatica opisao je 80 uređaja koji rade pomoću pneumatskog, hidrauličkog ili parnog tlaka. Spominju se mehanizmi sa rotirajućim pozicioniranjem, automati za otvaranje i zatvaranje vrata, uređaji za simuliranje grmljavine, te androidi koji sipaju vino. Automatsko kazalište prikazuje predstavu koja traje 10 minuta, a pokreće se na osnovu potencijalne energije utega. Program je zapisan pomoću čvorova u binarnom kodu i mogao se mijenjati. Automat za doziranje svete vode radio je na kovanice i smatra se pionirskim radom na području kibernetike. Heron je bio posljednji antički znanstvenik. Nakon osvajanja od strane Rima Aleksandrijski muzej je uništen te dolazi do smanjenja znanstvenog potencijala europskih država. * Islamski zlatni period 750-1258. Znanstvenici su uglavnom Perzijanci, a zatim Arapi i drugi. *Benu Musa - sinovi Muse (Mojsije) ibn Shakira Muhamed, Ahmet i Hasan dali su veliki doprinos na području automatizacije. Studiraju u Kući mudrosti u Bagdadu početkom 9. stoljeća i tu nastavljaju sa znanstvenim djelovanjem. Napisali su 20 knjiga koje su većinom izgubljene. U Knjizi o genijalnim uređajima opisano je 100 inovativnih mehanizama. Pogone se uglavnom na osnovu hidrauličkog tlaka, a za regulacija gibanja primjenjena je povratna veza. Mongoli predvođeni Hulaga kanom 1258. godine zauzimaju i uništavaju Bagdad. U ljetopisu se navodi da je količina knjiga koje su bačene u Tigris bila tolika da je se voda zamutila od tinte. * Ismail Al Jazari (1136-1206) vodeći je svjetski strojarski inženjer. Njegove radove iz područja robotike većina povjesničara znanosti smatra vrhuncem znanstvenih postignuća iz područja mehaničkih automata i nazivaju ga ocem robotike i modernog inženjeringa. Bavio se muzičkim automatima, vodenim satovima impresivnog dizajna, humanoidnim robotima za posluživanje, te pumpama i sustavima za izvlačenje vode. Stil njegovog rada je bio prvo nizom pokušaja izraditi uređaj, a zatim to detaljno zabilježiti u obliku prekrasnih minijatura. U Knjizi o genijalnim mehaničkim uređajima prezentirao je 50 radova sa 174 crteža i ona je bila najvrijedniji dokument za projektiranje, proizvodnju i montažu strojeva sve do modernih vremena. Vodovod u Damasku te mnoge bolnice i džamije opskrbljivane su vodom pomoću njegovih uređaja, a u modernim vremenima izrađene su replike. Mnoge prezentacije i video zapisi o tome postoje na Internetu. Ismail Al Jazari je bio Kurd. Kurdi su ostaci Indoeuropljana u zoni sjeverne Mezopotamije koji vjerojatno vuku porijeklo od Indoiranskih Medijaca. Međutim neki ih povjesničari povezuju sa mnogo starijim Gutejcima (srušili moćno Akadsko carstvo). * Leonardo da Vinci ( 1452.-1519.)najveći je genij renesanse. Pored visokih postignuća u umjetnosti plodonosan je bio i kao inženjer. Godine 1495. izradio je humanoidnog robota (oklopljeni vitez), a 1515. mehaničkog lava. Na Internetu se mogu vidjeti prezentacije modernih replika. * Kuća lutaka , automat sa pokretnim figurama, izrađen je 1558. u Upsali, a očuvana je do danas. * Jacques de Vaucanson (1709-1782) briljantni je francuski konstruktor figuralne automatike. Najpoznatije Vaucansonovo djelo je automat Patka. Patka je pila, jela,gakala, brčkala se po vodi i probavljala hranu kao da je živa. Tijelo joj je bilo izrađeno od tankog pozlaćenog bakra koji je djelomično proziran tako da je se moglo vidjeti djelovanje unutrašnjeg mehanizma. Posebno je potrebno naglasiti da je krilo bilo izrađeno od 400 uzglobljenih dijelova koji su vijerno oponašali djelovanje krila žive patke. O složenosti ovog zoomorfnog robota govori i podatak ga je jedan generalni popravak trajao 4 godine. Godine 1738. Vaucanson izrađuje androida svirača frule. Svirač je savršeno izvodio nekoliko melodija nakon glasovne zapovijedi. Vaucanson je izradio i automat sa programirujućim bubnjem za upravljanje tkalačkog stroja i tako najavio dolazak tehnološke revolucije. * James Watt (1736-1819.) poboljšava konstrukciju centrifugalnog regulatota vrtnje parnih strojeva. Uređaj radi na osnovu povratne veze i trasirao je rješenja automatske regulacije. Watt postrojenju parnog stroja dodaje zasebni kondenzator te značajno poboljšava djelotvornost i omogućuje pokretanje industrijske revolucije. * Godine 1898. Nikola Tesla znanstvenik tehničke struke svjetskog glasa, a naših korjena prezentira u New Yorku daljinski upravljiv brod. Demonstracija je bila u Madison Square Gardenu, a zatim u sklopu izložbe elektronike na Manhattanu. Upravljanje radiovalovima imalo je logički ključ koji je isključivao neovlašteno presretanje signala i bilo je blisko nekim elementima robotike. U Karlovcu gdje je Tesla pohađao gimnaziju planira se gradnja reprezentativnog znanstveno-edukativnog centra Nikola Tesla, a idejni projekt možete vidjeti ovdje. Grupa entuzijasta u SAD osnovala je udrugu koja namjerava izgraditi memorijalni centar Nikola Tesla na Long Islandu pored New Yorka. Donacijama preko Interneta prikupljena su sredstva kojima je otkupljen Teslin laboratorij sa velikim zemljištem. Namjerava se uložiti 10000000 $ pa očekujemo da će centar biti dostojan veličine Tesle i New Yorka. * Godine 1932. ing.Schafer je izradio androida sa zavidnim motoričkim sposobnostima na osnovu elektropneumatskog pogona. Navodno je obavljao složene raioničke poslove, odgovarao na postavljena pitanja, a u prostoru se kretao na osnovu umjetnog vida. * Krajem 20. stoljeća završava razdoblje figuralnih automata. Navodimo dva primjera koji pokazuju razinu postignuća. * Engleski mehaničar Frank Stuart izrađuje zoomorfne robote (slonovi u prirodnoj veličini) koji se sastoje od 9000 dijelova, a imaju iznimne motoričke sposobnosti. * Doktor Nixon iz San Franscisca kostruirao je lutku Isis koja svira gitaru i izvodi mnoge melodije na osnovu glasovne zapovijedi. * Književnost je značajno utjecala na razvoj robotike. Pojam robot prvi put uvodi 1920. god.češki pisac dr. Karel Čapek u drami Rossumovi univerzalni roboti. Povezan je sa slavenskom riječi za teški i prisilni rad robota. Američki pisac znanstvene fantastike dr. Isaac Asimov napisao je ili uredio oko 500 knjiga. U priči Runaround 1942. godine objavljuje tri poznata zakona robotike. 1. Robot ne smije povrijediti ljudsko biće niti svojom neaktivnošću dopustiti da ljudsko biće bude povrijeđeno. 2. Robot mora izvršavati naredbe ljudi osim kad je to u suprotnosti s prvim zakonom. 3. Robot mora štititi vlastito postojanje osim kad je to u suprotnosti s prvim ili drugim zakonom. Asimov naknadno dodaje nulti zakon po kome robot ne smije ugroziti čovječenstvo ili dovesti čovječanstvo u pitanje. Android Turčin koji igra šah potaknuo je matematičke rasprave, a i pisanje znanstveno fantastične literature. Naknadno je utvrđeno da se radi o notornoj prijevari jer je u androidu sjedio čovjek koji je upravljao igrom. * Robotika kao disciplina kibernetike - opće teorije upravljanja Naziv kibernetika vodi porijeklo od grčke kovanice kibernautes, koja je sastavljena od riječi kiber (nad) i riječi nautes (mornar), pa je možemo prevesti kao vještinu kormilarenja ili upravljanja. Počela se formirati tridesetih godina 20. stoljeća na sveučilištu MIT na osnovu radova grupe znanstvenika okupljenih oko profesora matematike dr. Norberta Wienera. Za definitivni početak uzima se 1948. godina izdavanjem Wienerove knjige Kibernetika ili upravljanje i komunikacija u živih bića i strojeva. Razdoblje od početka stoljeća kad je također bilo značajnijih istraživanja naziva se predkibernetičkim. Kibernetika je znanost o upravljanju društvenim i tehničkim procesima i sustavima, te proučanju prirodnih. Naziv je prvi upotrijebio Platon (<427-347), a odnosio se na upravljanje društvenim procesima. Djelotvorno upravljanje sustavima izvodi se pomoću povratne veze između elemenata sustava tako da izlazne veličine djeluju na ulazni upravljački podsustav. Kvaliteta organizacije sustava izražava se prirastom entropije koja kod dobro organiziranih sustava teži nuli, a postiže se informacijom (ektropijom). Loše organizirani sustavi nalaze se u stanju kaosa sa maksimalnim prirastom entropije. * Razvoj industrijskih robota U pred kibernetičkom periodu bilo je nekoliko patenata koji su mogli biti putokaz za definitivni uzlet industrijskih robota, a navesti ćemo 3. 1. 1892. godine Seward Babbitt patentira dizalicu sa elementima robotskog manipulatora za izvlačenje užarenih ingota iz peći. 2. 1938. godine izrađena je u Liverpoolu robotska dizalica Gargantua koja je mogla izraditi reletivno složene građevinske konstrukcije. 3. 1950. godine General Electric izrađuje robotski manipulator za djelovanje u nuklearnim reaktorima. Na stranici www. cyberneticzoo.com može se uz ove vidjeti mnogo ranih robotskih konstrukcija. Za početak razvoja industrijskih robota uzima se utemeljenje tvrtke Unimation koja je uz velika ulaganja 1961. godine razvila višenamjenski robotski manipulator. Primjenjuje se u automobilskoj industriji i drugdje te širi u Americi i Europi. Sedamdesetih godina dolazi do odvajanja robotike od kibernetike. Pojam kibernetika se postepeno zamjenjuje informatikom, a robotika se posvećuje razvoju i implementaciji industrijskih robota. Japanski Kawasaki kupuje 1968. godine licencu od Unimationa i pokreće proizvodnju u Japanu, zatim i u Americi. U Japanu se razvijaju snažne tvrtke Yaskawa i Fanuc. Unimation nije razvijao robote sa elektromotornim pogonom pa se američka automobilska industrija opredjeljuje na druge proizvođače nakon čega se morao povući sa tržišta. Prvo ga preuzima Westinghouse, a zatim francuska Staubli Group. To je multinacionalna kompanija sa 4000 zaposlenika i prihodom većim od milijardu $. Japanska robotička tvrtka Yaskawa 1975. godine uvodi pojam mehatronika. Mehatronika predstavlja simbiozu mehaničkog i električkog inženjeringa te informacijskih tehnologija u cilju optimalnog dizajna proizvoda i procesa sa elementima inteligencije. U novije doba robotika se izučava u okviru ili uz mehatroniku. U Americi se također koristi pojam mehatronika, ali se ipak preferira pojam sistemski inženjering. Za detaljnije upoznavanje sa osnovama mehatronike predlažemo pogledati na stranici Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu. Danas je svjetski lider Fanuc. Ima 5000 zaposlenika, ukupni prihod oko 4,4 milijarde $ i instaliranih 250000 industrijskih robota. Na svojim internetskim stranicama daje brojne video zapise koje je nužno pogledati ako se želi sagledati razina postignuća te tehnologije. Velika Švicarska kompanija ABB (prihod 40 milijardi €) svoju proizvodnju locirala je u Kini. Tvrtka ABB China LTD ima 4600 zposlenika sa prihodom oko 5,2 milijarde $, a broj isporučenih robota je oko 200000. Značajni dio tržišta drži i njemačka Kuka, proizvodi veliki robot Titan, a ima ukupni prihod 1,8 milijardi $. Veliki proizvođač je i Torinska Comau Group dio Fiata koja ima 14500 zaposlenika u 13 država. Roboti su danas zastupljeni u svim proizvodnjama, skladištenju robe, svemirskim i podmorskim istraživanjima, a također imaju značajnu primjenu za vojne svrhe, upravljnje teleskopima... Vrijednost ukupnih svjetskih isporuka sa softverom i pratećim radovima i uslugama iznosi godišnje oko 25 milijardi $. Napomena: Dodatne i izborne teme, te sadržaji označeni *****+ su za one koji žele znati više. |
utorak, 28.08.2012.
POČECI PROIZVODNJE METALA 7.R. DODATNA TEMA 3.1.1. *****+
|
1. Bakar Prvi bakreni predmeti izrađivani su još u neolitiku od samorodnog bakra (nakit igle i sitni predmeti). Proizvodnja bakra iz rude započela je prije 10000 godina u anatolijskoj kulturi Cayon Tepesi. Najstariji rudnici bakra bili su na Sinaju, Kavkazu, Karpatima i Cipru, po kojem je bakar i dobio latinsko ime. Balkansko-Karpatsko područje imalo je također obilne rudne resurse i rano je usvojilo tehniku lijevanja bakra. Proizvodilo se oružje i alat i isporučivalo u područje kultura južne Ukrajine koje su imale relativno brojnu populaciju govornika Proto-Indoeuropskog jezika. U tom područje je pod kraj ledenog doba bila granica leda, a uz nju krda sobova, zatim i druge džinovske životinje ledenog doba (mamut, špiljski medvjed, vunasti nosorog i golemi jelen). U rijekama je bilo obilje lososa i pastrve pa su to bili povoljni uvjeti za život onodobnog čovjeka koji je bio lovac-sakupljač. 1.1. Indoeuropljani Područje trokutastog oblika omeđeno Volgom, Donom i Kavkazom sekundarna je postojbina Indoeuropljana i središte buduće disperzije. Od 4500 godine stare ere pa nadalje formiraju se brojne kulture i postepeno se područje širi sve do Jeniseja i sjeverozapadne Kine, a evo nekih: Srednji stog-Hvalinsk,Samara, Majkop, Andronovo, Afanasjevo… Potaknuto klimatskim promjenama događaju se i veće migracije. Druga indoeuropska invazija odvija se prema Europi u tri navrata, a prema načinu ukopa naziva se kurganskom. Istočno migracija ide prema Iranu i Indiji sa odvojkom u sjevernu Mezopotamiju (Mitanci). Proto Indoeuropski jezik, a zatim i izdiferencirani jezici (posebno Arijski i Sanskrt) bili su sofisticirani i nadmoćni ostalim pa je dolazilo do širenja i kulturnom difuzijom što je rezultiralo da danas imamo oko 3 milijarde govornika Indoeuropskih jezika. Migracije Indoeuropljana nisu ostavile tako značajan genetski utjecaj jer nisu bile brojne. Radilo se uglavnom o vojnoj aristokraciji koja se korištenjem konja i bojnih kola uspijevala nametnuti pojedinim narodima kao vladajući sloj. O porijeklu Indoeuropljana postoje dvojbe, posebno o primarnoj postojbini pa ćemo iznijeti okvirnu kronologiju koja je najizglednija. Prije 9000 godina dolazi do začetka Proto- Indoeuropskog jezika u istočnoj Anatoliji. Prije 8000 godina dolazi do suše u području što izaziva migraciju prema Balkanu i Europi (prva indueuropska invazija) i naseljavanje oko zapadne obale Crnog mora koje je u to vrijeme bilo znatno manje slatkovodno jezero sa razinom oko 400 m ispod Mediterana (oazna teorija). Prije 7700 godina dolazi do proboja Sredozemnog mora kroz Bosfor i postepenog potapanja obalnog područja. Stanovništvo se polako pokreće prema sjeveroistoku i za približno 1000 godina dolazi do nastanka Dnjepro-Donjecke kulture, a pod njenim utjecajem istočnije i kulture Srednji stog-Hvalinks koja je središte za daljnju disperziju. U području istočne Anatolije i sjeverne Mezopotamije starosjedioci su narod Huriti (svjetlokosi) pa su međusobni utjecaji sa Indoeuropskim mogući. Na Internetu se iznose usporednice sa ruskim, a pod naslovom Huritsko-Hrvatske paralele veliki broj usporednica sa čakavskim: kaban – kabanica, šubar – šubara, kozala – koza, gud – guda (svinja), burijaš – bura-sjeverac itd. Šest huritsko - mitanskih princeza udalo se za faraone, a jedna od njih je vjerojatno bila i čuvena Nefertiti (ovo je njeno egipatsko ime, a u doslovnom prijevodu znači došla nam je ljepotica). Ako je to točno stvarno je fascinantno koje je riječi poznavala Nefertiti. 2. Bronca Prije nešto više od 6000 godina otkrilo se da neke bakrene rude u Kilikiji (Anatolija) postižu bolja svojstva čvrstoće i tvrdoće. Radilo se o rudama koje izvorno sadrže arsen i nikal. Rude sa arsenom su se morale izbjegavati zbog trovanja ljevača arsenovim parama, dok su se one sa niklom koristile. U Armeniji je zatim otkrivena tehnologija proizvodnje kositrene bronce dodavanjem bakru oko 10 % kositra (prava bronca). Bronca ima niže talište od bakra, dobro se lijeva i kuje i ima mnogo bolja tehnička svojstva. Njenom intenzivnom upotrebom tijekom 2000 godina dolazi do tehnološke revolucije brončanog doba. Danas pored kositrene postoje i aluminijska, berilijeva, olovno-kositrena, silicijeva i manganska bronca. Uz mjed i leguru bakar-nikal koriste se za konstrukcijske svrhe. Bakar se koristi u elektrotehnici prvenstveno za izradu vodiča za prijenos električne energije i namotaje električnih strojeva. 3. Željezo 3.1. Meteoritsko željezo Prvi predmeti izrađeni od meteoritskog željeza pronađeni su u Iranu, a stari su oko 7000 godina. Meteoritsko željezo sadrži između 4.5 i 30 % nikla, a ugljika utragovima. Hladnim oblikovanjem izrađivani su razni alati, noževi, dijelovi harpuna i koplja, te ukrasi. Nakon poliranja i jetkanja ( obrada kiselinom ) takvih materijala pojave se specifične geometrijske figure (Widmanstattenove), tako da se nedvojbeno zna da se radi o meteorskom željezu. Posljedica su dugotrajnog hlađenja kroz geološke periode nebeskog tijela od kojeg je nastao meteorit. Najveći komad meteorskog željeza preostao nakon korištenja teži 33000 kg , potječe od meteorita koji je pao na Grenland, a čuva se u muzeju prirodne povijesti u New Yorku. 3.2. Hrašćinski meteorit U blizini mjesta Hrašćina pored Krapine 1751. godine pao je metalni meteorit mase 40 + 9 kg. Naknadna istraživanja su utvrdila da je uz željezo sadržavao 10. 5% nikla. Veći dio otpremljen je u Požun na dvor carice Marije Tereije sa zapisnikom o događeju što se smatra prvim takvim dokumentom uopće. Meteorit i zapisnik su pohranjeni u Prirodoslovnom muzeju u Beču, a replika i mali uzorak u Zagrebu. Manji dio mještani su prekovali u čavle, a materijal ja tada nazvan agramitom. Austrijski znanstvenik prirodnih znanosti Alois Joseph Franc Xaver von Widmanstatten ispituje 1808. godine uzorak meteorita (poliranje i žarenje) nakon čega se pojavljuju specifične geometrijske forme za koje se naknadno utvrdilo da ih nije moguće dobiti laboratorijski jer su povezane sa izuzetno dugim hlađenjem nebeskih tijela od kojih su nastali meteoriti. Iako je engleski znanstvenik William Tomson 1804. godine u Napulju otkrio takve forme na željezu pronađenom pored Krasnojarska ( tada se nije znalo da je u pitanju meteorit ), poliranjem i jetkanjem dušičnom kiselinom, one su ipak nazvane po Widmanstattenu. Za to je vjerojatno zaslužan dr. Carl Franz Antun Ritter von Schreibers upravitelj Prirodoslovnog muzeja u Beču koji se intezivno bavio istražinanjem meteorita. Po njemu se i materijal metalnih meteorita zove schreiberist. Tehnička kultura preporuča da se posjete stranice koje opisuju poznate meteore na Internetu. 3.3. Proizvodnja željeza u Anatoliji Najstariji predmet od kovanog željeza je bodež pronađen u grobnici naroda Hata starosti oko 4500 godina. Anatolija je već imala razvijenu metalurgiju bakra i bronce pa se i željezo pojavilo kao sporedni proizvod pri proizvodnji bakra. Pri taljenju bakra dodavala se i željezna ruda radi poboljšanja redukcije kisika i separacije nečistoća. Peći za taljenje bakra postizale su temperaturu oko 1200 °C što je za oko 300 °C manje od one pri kojoj se tali željezo. Međutim u procesu je i željezna ruda difuzijom gubila kisik, a rezultat je stvaranje spužvastog željeza pomiješanog sa šljakom koje nastaje bez topljenja.Višekratnim zagrijavanjem i kovanjem istiskuje se šljaka i dobiva se kovano željezo koje je jako mekano i podložno koroziji tako da mu je uporabna vrijednost mala. Hetiti osvajaju teritorij naroda Hata i nastavljaju usavršavati tehnologiju proizvodnje željeza, a i bronce. 3.4. Hetiti – siloviti indoeuropski osvajači Potvrđeni su prije 4000 godina u asirskim ljetopisima kao stanovnici centralnog dijela istočne Anatolije. Zajedno sa srodnim Luvijcima, koji su nastanjeni jugozapadno i Palajcima koji su nastanjeni sjeverozapadno predstavljaju prve anatolijske Indoeuropljane. Odvajaju se od Proto-Indoeuropljana u stepskim kulturama Ukrajine i južne Rusije prije 5300 godina i migriraju u Anatoliju. Neki istraživači zagovaraju migracijsku rutu preko Kavkaza uz mogućnost da su u Anatoliji bili čak 1000 godina prije pismene potvrde. Druga varijanta je migracija oko zapadne obale Crnog mora, uz duže zadržavanje na Balkanu. ( Šišić citira Županića koji navodi Hetite kao stanovnike balkanskih kultura, ali u drukčijem migracijskom kontekstu). Grčki narodi ih potiskuju u dva navrata i odbacuju u Anatoliju. Tu se nameću autohtonom narodu Hati kao vladajući sloj i utemeljuju prvu indoeuropsku državu 1650 godine stare ere. Istraživači navode da su oko 1450 godine stare ere usavršili proizvodnju čelika i imali 200 godina monopol na njegovu proizvodnju. Radilo se o postupku površinske karbonizacije kovanog željeza , a moguće i o toplinskoj obradi (kaljenje + popuštanje). Hetiti su poznavali i tehnologiju lijevanja bronce pomoću modela od voska. Preko jednog ulijevnog kanala napaja se više odljevaka tako da se može proizvoditi maloserijskom tehnologijom. U Hetitsko doba model se oblagao glinom, a danas je to višeslojna keramika. Odljevci su precizni uz dobra tehnička svojstva (precizni ili mikro lijev podesan za vojnu proizvodnju). Hetiti zatim od Mitansko-Huritske države usvajaju uzgoj konja i proizvodnju bojnih kola. Ovako tehnološki osposobljeni postižu izuzetne vojne uspjehe: Osvajanje velikog dijela Anatolije, privremeno osvajanje Babilona, postepeno osvajanje Mitanskog carstva i dovođenje u vazalni položaj. Vrhunac su postigli u bici kod Kadeša 1274. godine stare ere kad su zaustavili napredovanje armije moćnog Ramzesa II uvodeći u bitku više od 3000 bojnih kola. Ipak 1180. godine stare ere carstvo propada zbog spleta nepovoljnih okolnosti, a evo nekih: * Asirska država je jako ojačala i preuzela kontrolu nad Mitanskom. * Grčki narodi napadaju i osvajaju obalna područja sa Ciprom sve do Gaze (Filistejci). * Feničani (današnji Libanon) razvijaju svoju trgovinu širom Sredozemlja. * Snažne Indoeuropske Frigijce potiskuju Makedonci iz Balkana u Anatoliju. * Luvijci čekaju svoju priliku da se oslobode od duge zavisnosti. * Za 80 godina mira nagomilalo se u glavnom gradu Hatuši golemo bogatstvo. * Kod Hetita je bio građanski rat zbog dinastijskih problema. Narod sa Pontskog gorja Gašge sa Frigijcima i Luvijcima zajednički zauzimaju Hatušu, potpuno ju uništavaju a time i ruše Hetitsko carstvo, a nasljeđuje ga više manjih Novo-Hetitskih država. Crna metalurgija se i prije počela širiti u okolna područja, a ovi događaji su to još pojačali. Razvoj crne metalurgije dogodio se u slijedećim područjima: Indija, Sri-Lanka, Kina, Japan, Turanska nizina sa okružjem, Arapske države, Subsaharska Afrika-Niger, Istočna Afrika-Tanzanija i Nubija, Grčka, Srednja i Zapadna Europa… 3.5. Proizvodnja željeza u Indiji Razvoj crne metalurgije na Indijskom potkontinentu počinje prije 4000 godina. Južna Indija raspolagala je sa velikim nalazištima kvalitetne željezne rude. To, uz brojne inovacije omogućuje brzi tehnološki napredak. Razvoj djelotvornih mjehova za dobavu zraka u metalurške peći bio je temelj za proizvodnju kvalitetnog visoko ugljičnog čelika koji se uglavnom koristio za naoružanje. 3.5.1. Wootz čelik Oko 300 g. prije Krista početak je proizvodnje tog misterioznog materijala čija svojstva još nisu u potpunosti razjašnjena, a ukratko postupak je tekao ovako: U glinene retorte je stavljano čisto kovano željezo sa ugljenom za karbonizaciju uz dodatak drobljenih školjki. Retorte su prekrivane na poseban način i ulagane u peć sa visokim sadržajem ugljičnog monoksida. Taljenjem, a zatim polaganim hlađenjem dobivao se čelik sa sadržajem ugljika od 1,1-1,8% visokih tehničkih svojstava. Ta svojstva se temelje na: a) U željeznoj rudi nalaze se u tragovima metali vanadij, molibden, mangan, kobalt, krom, nikal i drugi koji sa ugljikom prilikom toplinske obrade tvore karbide. Ovi karbidi zajedno sa željeznim (cementit) raspoređuju se u granate ekstremno tanke strukture (dendriti) koji prožimaju željeznu matricu dajući joj kompozitna svojstva. b) Načinu mehaničke obrade, koja nije svuda bila u potpunosti ista, bio je čuvan. c) Materijal od wootz-čelika koristio se uglavnom u trakama samo za oštrice. Metodom kovačkog zavarivanja spajao se sa osnovnim materijalom žilavih svojstava pojačavajući kompozitna svojstva. d) Toplinska obrada je također bila čuvana, a kao posebni načini hlađenja navode se otopina posebnog pepela, u stablu banane, u zračnoj struji koja nastaje kad konjanik u galopu intenzivno vitla zagrijanom sabljom i bizarno zabijanje užarene sablje u tijelo roba. e) Završna obrada je bila kemijska (jetkanje) pri čemu su nastajale specifične grafičke strukture, a na samoj oštrici zubići mikroskopske veličine. 3.5.1.1. Najnovija metalografska ispitivanja wootz-čelika Na Tehničkom fakultetu sveučilišta u Dresdenu obavljena su opsežna ispitivanja originalnih uzoraka wootz- čelika i dala su zanimljive rezultate. Promatranjem pomoću elektronskog mikroskopa uočeno je da naprijed opisane strukture karbida (dentriti) imaju oblik nano-cjevčica (promjer oko 0,5nm), a da su zaštićene karbonskim nano-cjevčicama što je čini kompozitnom. 3.5.1.2. Karbonske nano-cjevčice tehnologija budućnosti Promjeri nanocjevčica kreću se između 0,6 i 100nm, a dužine mogu biti i 100 000 000 puta veće od promjera što ih čini jedinstvenim u prirodi. Oko 40 puta nadmašuju čvrstoću karbonskih vlakana koja je ionako ekstremno velika. Primjenjivati će se u mnogim granama tehnike, a izgledno je da će njihova glavna uloga biti u elektronici. Nije na odmet da oni učenici koji pokazuju zanimanje za strojarstvo i elektroniku posjete na Internetu neke od stranica koje obrađuju ovu problematiku. 3.6. Proizvodnja željeza u Sri-Lanki Razvoj crne metalurgije u Sri Lanki tekao je usporedno sa indijskim, ali Ipak smatra se da je proizvodnja wootz-čelika počela ranije nego u Indiji. To se pripisuje inovaciji na dobavi zraka u metaluršku peć. Umjesto mjehova koristio se monsunski vjetar. Metalurška peć gradila se na usjecima brda. Zrak se privodio ljevkastim kanalima i tako povećavao efekt, a na izlazu peći strujanje je stvaralo potlak, proizvodilo bolju opskrbu peći zrakom i više temperature. Rezultat toga je i znatno bolje iskorištenje rude i poboljšanje kvalitete. Poluproizvodi i proizvodi od čelika izvozili su se u okolna područja (najprije u Perziju), onda su ona usvajala vlastitu proizvodnju uz specifičnosti. U 16. Stoljeću tehnologija se prenosi u Nizozemsku, a zatim i u Veliku Britaniju. 3.7. Proizvodnja željeza u Kini Počeci kineske crne metalurgije su oko 600. Godine prije Krista a specifičnosti se uglavnom odnose na proizvodnju lijevanog željeza u čemu su prvi, a inovacije su slijedeće: a) Razvoj moćnih dvoradnih mjehova za opskrbu peći zrakom koji se pokreću mehaničkom energijom vode, a omogućuju postizanje temperature od oko 1450°C. b) Obilno punjenje peći ugljenom povećava i sadržaj ugljika što smanjuje temperaturu taljenja, a najniža je kod eutektičke koncentracije 4,3% i iznosi 1148 stupnjeva C. c) Naprednu tehnologiju lijevanja uz korištenje i modela od voska. d) Dugotrajnim odžarivanjem odljevaka od lijevanog željeza na temperaturi od 900°C ono je gubilo ugljik i postizalo prihvatljiva tehnička svojstva. e) Miješanjem taline dolazilo je do oksidacije viška ugljika pa su odljevci imali zadovoljavajuća tehnička svojstva. f) Isto se postizalo ravnopravnim miješanjem lijevanog i kovanog željeza. g) Zbog tehnološkog napretka, a i veličine Kine rasle su i dimenzije metalurških peći (male-visoke peći), a i podesne vrste fosilnog ugljena prilagođene su za loženje. h) Usvajanje hidrauličkih kovačkih čekića. 3.8. Subsaharska Afrika- Niger Regija je imala značajnu ulogu u proizvodnji bronce, a razvoj crne metalurgije počinje oko 1500. god stare ere. Smatra se da je razvoj metalurgije značajno podupro Bantu-ekspanziju koja je krenula iz tog područja, a bila je jedna od najvećih migracija u povijesti. 3.9. Istočna Afrika-Tanzanija Početak crna metalurgija u ovom području počinje pod utjecajem Bantu-ekspanzije krajem stare ere. Uz jezero Viktorija pronađeno je 13 peći koje su imale sustav za predgrijavanje zraka u obliku cijevi koje su položene u bazu peći. Drže se prvim takvim pećima, a smatra se da su mogle postići temperaturu od 1800°C. 3.10. Proizvodnja željeza na Kavkazu Kavkaz ima obilne rudne resurse, a povijest crne metalurgije počinje prije 2000.god. 3.11. Proizvodnja čelika u arapskim državama Nastaje pod utjecajem kineske metalurgije uz brojne inovacije a najznačajniji su hidraulički mlinovi za pripremu rude, kao i hidraulički kovački čekići. Najznačajnije su kovačnice u Damasku gdje se kuju poznate sablje i mačevi, isprva od uvezenih poluproizvoda wootz-čelika iz Južne Indije, a zatim i od vlastitog materijala. |
utorak, 07.08.2012.
ELEKTRIČNI GRIJAČ VODE 7. TEMA 5.3.
|
Uvodni sadržaj • Opiši električnu struju *****+ Električna struja je usmjereno gibanje slobodnih elektrona u vodičima pod utjecajem električnog izvora. Slobodni elektroni se pojavljuju kao posljedica povezivanja atoma metala metalnom vezom u rešetku kada se odbacuju valentni elektroni u među atomski prostor. Dok vodič nije spojen na izvor elektroni se gibaju kaotično i on je električki neutralan. • Kako dolazi do pretvaranja električne energije u toplinsku *****+ Slobodni elektroni se pod utjecajem električnog polja izvora gibaju kroz vodič koji je za tu priliku napravljen od legura koji imaju takav oblik rešetke koji pruža veliki otpor strujanju elektrona. Brzina i kinetička energija elektrona se smanjuju, a razlika se oslobađa u prostor u obliku toplinske energije ( slično kao kod trenja). 1. Opiši aparat za grijanje tople vode u kući – bojler. Aparat radi na principu pretvorbe električne energije u toplinsku, a sastoji se od spremnika, izolacije sa zaštitnim kućištem, termoregulatora i električnog grijača. Kuhinjski bojleri su niskotlačni (atmosferski), a kupaonski su spojeni direktno na priključak vode i u njima je tlak vodovodne mreže. Opremljeni su sigurnosnim ventilom. 2. Navedi i druge aparate koje koriste električne grijače vode. Električne grijače koriste i perilice rublja i posuđa, razna kuhala za pripremu napitaka, profesionalni uređaj za glačanje i uređaj za čišćenje parom. 3. Opiši električni grijač. Osnovno svojstvo električnog grijača je da je napravljen od legure koja ima veliki električni otpor, jer se samo u tom slučaju događa djelotvorna pretvorba. Najčešće su napravljeni od cekasa (NiCr) i ima oko 60 puta veći električni otpor od bakra. Nadalje legura ima visoku vatrootpornost, a i antikorozivna je. Da bi se još povećala djelotvornost produžuje se dužina grijaće žice spiralnim oblikovanjem. Zatim se spirala oblaže keramičkim izolacijskim materijalom, sve zajedno se ulaže u čeličnu cijev. Cijev se završno formira spiralno ili zmijoliko. 4. Objasni sigurnosne aspekte aparata za grijanje vode. Voda je dovoljno dobar vodič da može nastati strujni udar sa kobnim posljedicama i zato moramo sigurnosti posvetiti maksimalnu pozornost. Pored izbora kvalitetnih materijala i kvalitetne obrade moramo i: a) Ugraditi propisno dimenzioniran osigurač. b) Kućišta elektro toplinskih aparata spajaju se na uzemljenje obilno dimenzioniranim vodičem (žutozelena boja). c) Grijač se mora redovito čistiti od kamenca i na taj se način temperatura grijača drži nižom, što ga štiti. d) Prilikom tuširanja bojler mora biti isključen, a sva priključna mjesta izvan dosega prskajuće vode. 5. Opiši način djelovanja termoregulatora. Uloga mu je da isključuje dovod struje kad se postigne namještena temperatura, a to je najčešće 60 °C. Na jednoj strani djeluje sila opruge, a s druge sila stlačenog plina u osjetilu i tako dolazi do isključenja i uključenja. Dodatni sadržaj • Opiši metalne materijale za izradu električnih grijača *****+ Koriste se 4 vrste cekasa . Sastav pred čistog NiCr može imati i željezo, a upotrebljavaju se do 1200°C. Kantal je legura željeza kroma, aluminija i kobalta, a primjenjuje se za grijanje industrijskih peći do 1425°C. • Opiši keramičke materijale za izradu električnih grijača *****+ Za temperature do 1600 °C koristi se silicijev karbid. Za temperature do 1700 °C koristi se molibdenov disilicid. Za temperature do 3000°C koriste se grafitni grijači. Grijači se koriste za grijanje industrijskih peći. Sadržaji označeni znakom *****+ su za one koji žele znati više. |
srijeda, 23.05.2012.
5th GRADES- PRODUCTION OF THE WINDMILL
|
1th: Describe the role and operation of windmills. Windmill is a device by which wind energy is converted into other useful forms of energy. In the past it was mostly used to drive the millstone and the extraction of water. Today windmill is the main task to produce electricity using wind power. Wind transferr mechanical energy that rotates the propeller and in interaction with the stator electrical energy is produced. 2th: When the first records off the windmills appear in the past? They originate from Persia, and dates more than 2000. years ago. Persians, like other Iranian peoples (Scythians, Medes, Sarmatians and Aryans) gave a great contribution to the culture and technical culture in the past. They belong to the Indo-European group of peoples who have migrated from areas east of the Caspian Sea (Andronovo culture). Some researchers include Croats in the Iranian people who have been Slavenised afterwards. 3th: Describe the wind energy. Wind has a mechanical energy that is renewable. Energy of trade winds occurs because influence of earth rotation. Energy of all other winds occurs during the conversion of thermal solar energy. 4th Specify all sources of energy. The main sources of energy is chemical energy of fossil fuels, nuclear energy fuel (uranium and plutonium), and the mechanical energy of rivers and lakes (renewable). The secondary energy sources include solar energy, mechanical energy of the wind, mechanical energy of the sea (tides and waves), geothermal energy, thermal energy of the Earth and the chemical energy of biomass. The oceans hold vast reserves of thermal energy resulting from the conversion of solar radiation, but not suitable for exploitation. All these sources are renewable. 5th What is the model? The model is a functional object that reflects the actual object from nature. We do it from cheaper materials (cardboard, wood, wire, Styrofoam, etc). Can be reduced or enlarged. 6th Specify and describe parts of the documentation necessary to produce the product. a) Information sheet. The majority are integral and manufacturing drawings and gives information about the appearance of the product and its parts. b) Work list describes the necessary tools, accessories and supplies. c) Operational list describes the sequence of work operations by image and text (technology creation process). 7th Technical culture recommended that those students who show an interest in mechanical engineering and electrical engineering visits the Internet sites that study the exploitation of wind energy using wind power. It seems likely that in the future it will be interesting and well paid job. Croatian coastal area is abundant with wind energy (the observed speeds of 300 km / h). For now, is built two fields of wind plants, in various stages of making is 50 projects more. A “Pometeno” hill at Konjsko (hinterland of Split) “Končar” builds wind field of a dozen units of 1 MW and a power of 2.5 MW wind farm which is the strongest domestic production. Danish Vestas has produced the world's largest wind farm type V164 with 7 MW (blade length is 80 m, and the column is 164 m high). Research on the Internet. |
nedjelja, 18.03.2012.
GENERATORI IZMJENIČNE STRUJE I ELEKTROMOTORI 8.R. TEMA 4.1.
|
UVODNI SADRŽAJ Električnu energiju dobivamo pretvorbom od primarnih energetskih izvora koje nalazimo u prirodi. Ako analiziramo svjetsku proizvodnju imamo slijedeće podatke: a) Pretvorbom od kemijske energije fosilnih goriva dobivamo 67,5% električne energije. b) Pretvorbom od energije nuklearnih goriva dobivamo 13,5% električne energije. c) Pretvorbom od mehaničke energije vode dobivamo 16,2% električne energije. Dakle manje od 3% proizvodnje otpada na sve ostale izvore (vjetar, Sunce, geotermalna energija, bioenergija, mehanička energija mora ) Što se tiče energetskih zaliha navodimo procjenu dr. Feretića. Energetski potencijal fizibilnih goriva (uran i torij) uz optimizirano korištenje (upotreba termalnog i brzog oplodnog reaktora) nekoliko je stotina puta veća od poznatih iskoristivih fosilnih zaliha. Energetski potencijal geotermalne energije je nekoliko desetina tisuća puta veći. 1. Opiši elektroenergetski sustav Izmjenična električna struja stvara se u generatoru elektromagnetskom indukcijom. Nije ju moguće sačuvati nego se proizvodi onoliko koliko se trenutno troši i predaje u elektroenergetski sustav . Čine ga elektrane i transformatori povezani pomoću visokonaponskih dalekovoda. Napon u sustavu održava se stavljanjem u pogon potrebnog broja turbina i generatora, a ako potrošnja nadilazi sve vlastite proizvodne kapacitete struja se mora uvoziti. Zato su elektroenergetski sustavi susjednih zemalja povezani. Kralješnicu hrvatskog elektroenergetskog sustava čini 400 kV dalekovod položen od Splita preko Rijeke i Zagreba do Osijeka. Njime se upravlja iz Državnog dispečerskog centra smještenog u Zagrebu uz potporu 4 regionalna ( Split, Rijeka, Zagreb i Osijek). 2. Opiši izmjeničnu električnu struju U svakodnevnom životu, u skladu sa standardom moderne kulture življena, koristimo se električnim aparatima i strojevima, te audio i video tehnikom. To su proizvodi elektrotehničke i elektroničke tehnologije koji se pokreću spajanjem na jednofaznu ili trofaznu utičnicu. Jednofazna utičnica daje napon između faze i nule. Iznosi 230 V i nazivamo ga fazni. Trofazna utičnica daje napon između dvije faze koji iznosi 400 V i nazivamo ga linijski. Izmjenična struja (AC) mijenja smjer, napon i jakost. Struja raste od nule do maksimuma, zatim se smanjuje do nule i sve to ponovi u sprotnom smjeru. Ukupni ciklus struje europskih mreža traje 1/50 sekunde te ima frekvenciju 50 herca (Hz). 3. Opiši istosmjernu struju Istosmjerna struja (DC) ima stalan smjer i jakost. Posljedica je gibanja elektrona od minus pola prema plus polu, međutim dogovoreni (tehnički) smjer struje je suprotan (od plusa prema minusu). Istosmjernu struju dobijamo priključivanjem na baterije ili akumulatore. Možemo je dobiti i iz izmjenične mreže pomoću adaptera i ispravljača, te istosmjernih generatora. Istosmjernu struju koristimo u elektronici, elektrolizi, za pogon šinskih vozila, pokretanje motornih vozila, zaštitu od korozije (katodna zaštita), zavarivanje, pogon istosmjernih motora, pobudu generatora... 4. Objasni elektromagnetsku indukciju Otkrio ju je Faradey 1831. god. Ako na neki namotaj djeluje promjenjvo magnetsko polje u njemu se inducira izmjenična struja. Do indukcije dolazi i u jezgrama statora i rotora generatora i elektromotora. Stvaraju se neželjene vrtložne struje koje pregrijavau uređaje i smanjuju stupanj djelovanja. Te struje smanjujemo tako da se umjesto masivnog materijala ugrađuju međusobno izolirani dinamo limovi. Željezo se legira sa silicijem pri čemu značajno raste električni otpor, a magnetska vodljivost ostaje visoka. Nikola Tesla je patentirao dvofazni generator izmjenične struje, okretno magnetsko polje i trofazni asinkroni elektromotor, sve na principu elektromagnetske indukcije. U njegovu čast mjerna jedinica za magnetsku indukciju nazvana je tesla. 5. Opiši generator izmjenične struje To je energetski stroj koji proizvodi izmjeničnu električnu struju, a rad se zasniva na elektromagnetskoj indukciji. Sastoji se od statora i rotora, koji su izrađeni od dinamo-lima, a u utore su postavljeni namotaji od izolirane bakrene žice. Namotaj rotora napaja se istosmjernom strujom iz pobudnog generatora preko četkica i kliznih prstenova i postaje elektromagnet sa dva pola. Rotacijom se ti polovi približavaju ili udaljavaju od namotaja statora i tako ih stavljaju pod utjecaj promjenjivog magnetskog polja i u njima induciraju struju. Kad je u zahvatu sjeverni pol struja teče u jednom, a kad je južni pol u drugom smjeru. Namotaji statora su postavljeni pod 120 stupnjeva. Nakon indukcije u jednom namotaju mora proći određeno vrijeme da u zahvat dođe drugi namotaj pa je za taj vremenski period pomaknut početak indukcije u odnosu na predhodni namotaj. 6. Opiši distribuciju proizvedene struje do potrošača Napon proizvedene struje u generatoru iznosi 6 do 35 kV. Takva struja nije podesna za distribuciju jer ima preveliku jakost, pa bi i gubitci bili preveliki. Pošto je snaga jednaka umnošku jakosti struje i napona vidljivo je da istu snagu možemo prenjeti uz mnogo veći napon i adekvatno tomu uz mnogo manju jakost.To svojstvo koristimo kod transporta dalekovodima a rabimo standardne vrijednosti napona: a) Visokonaponska mreža 400 kV, 220 kV i 110 kV b) Srednje naponska mreža 35 kV i 10 kV Nakon dopremanja struje do potrošača ona se transformatorima postupno smanjuje na vrijednosti za niskonaponsku mrežu (230/400 V). Za kvalitetnu distribuciju električne energije potrebno je ugraditi ukupnu snagu transformatora koje je 7 puta veća od ukupne snage generatora. 7. Opiši strukturu dalekovodnih vodiča Dalekovodski vodiči moraju premostiti velika rastojanja, izdržati jake nalete vjetra, povremeno i opterećenje leda, uz dobru električnu vodljivost. To se postiže strukturom koja u sredini ima čelično uže, a okolo su aluminijski vodiči. Naziva se ALUČEL. 8. Opiši elektromotor To je električni stroj koji je po konstrukciji jednak generatoru, ali mu je namjena suprotna – služi za pretvaranje električne struje u mehanički rad. Stator također ima tri namotaja pod 120 stupnjeva na koje se dovode tri faze i stvara se okretna magnetska sila, koja u rotoru inducira struju i pretvara ga u elektromagnet. Međudjelovanje okretne magnetske sile statora i rotorskih magnetskih sila uzrokoje okretanje rotora. 9. Opiši indukcijski kavezni motor Jednostavne je građe, radi tiho i dugog je vijeka trajanja. Može mjenjati smjer vrtnje i broj okretaja, ali skokovito u nekoliko stupnjeva ovisno o broju pari polova. Način rada se zasniva na elektromagnetskoj indukciji. Magnetske sile statora i pobuđene magnetske sile rotora svojim međudjelovanjem uzrokoju okretanje rotora. 10. Opiši serijski kolektorski motor Složene je izvedbe i stvara buku u radu. Statorski i rotorski namotaji spojeni su pomoću četkica i lamela u seriju. Istodobnim prolaskom struje kroz namotaje rotora i statora u njima se stvaraju istoimeni magnetski polovi, koji svojim odbojnim silama dovode do zakretanja rotora. Kolektor neprestano mijenja smjer struje kroz rotorske namotaje i time omogućuje njegovo stalno okretanje. Motor ima veliki broj okretaja i s njima se može upravljati. Četkice su grafitne, u radu se troše, pa ih je potrebno mijenjati. Na njima dolazi do iskrenja koje uzrokoje radio smetnje. Zbog toga je potrebna ugradnja filtra koji ih uklanja. 11. Navedi primjenu i glavnu značajku malih generatora izmjenične struje To su generatori manje snage, a imaju rotor od stalnog magneta. Mali generator je dinamo bicikla, a u vojnoj tehnici nalazi primjenu kod poljskog telefona i uređaja za detoniranje mina. DODATNI SADRŽAJ (za one koji žele znati više) Torij kao nuklearno gorivo *****+ Prirodni torij nije fizibilan. U reaktorima se pretvara u fizibilni uran 233, a on se dalje raspada uz oslobađanje velike količine toplinske energije. Od ukupnih fizibilnih zaliha na torij otpada 3/4. Za sada se on koristi u eksperimentalne svrhe, a prva komercijalna elektrana gradi se u Indiji. Indija ima velike zalihe torija i rastuće gospodarstvo koje treba sve više energije. Da bi se emisija stakleničkih plinova dovela u okvire protokola iz Kyota potrebno je povećati proizvodnju energije iz nuklearnih goriva, kako torija, tako i urana. Prednosti torija su slijedeće: Gorivo je u tekućem stanju, i ta tehnologija smanjuje mogućnost akcidenta na minimum. Moguće je graditi kapacitete od 100kW na više što omogućava proširenje primjene na pogon šinskih i motornih vozila. Lako se pali i gasi. Količina radioakrivnog otpada je mala, a nakon 300 godina on više nije opasan.Tehnologoja nuklearnih reaktota na torij dugo je poznata, ali se do sada nije značajnije koristila jer nije primjenjiva za izradu bombi. 12. Magnetska indukcija magnetara *****+ Magnetar je varijanta neutronske zvijezde sa najvećom vrijednosti magnetske indukcije u Svemiru. Najveće vrijednosti se kreću oko 100 milijardi tesla, a pretpostavlja se da je moguće postojanje zvijezda sa indukcijom od 10 bilijuna tesla. Usporedbe radi najveća kratkotrajno postignuta magnetska indukcija u laboratoriju iznosila je 80 tesla. Magnetska indukcija od 6 tesla maže otrgnuti ručni sat sa ruke na udaljenosti od 4 metra. Dodatna pitanja za provjeru znanja. 1. Izmjenična struja giba se u jednom smjeru: a) 1/100 s b) 1/50 s c) 1/10 s d) 1 s 2. Uzbudna struja rotora izmjeničnog generatora ima oznaku: a) RC b) CD c) AC d) LC e) DC 3. Mjerna jedinica za induktivitet je: a) gaus b) tesla c) henri d) veber e) maksvel 4. Struja u namotajima statora izmjeničnog generatora ima oznaku: a) RC b) CD c) AC d) LC e) DC 5. Struja više frekvencije manje je opasna kod strujnog udara. DA NE 6. Uzbudna struja rotora izmjeničnog generatora dovodi se: a) četkica i kolektora b) četkica i kliznih prstenova 7. Označi uređaj koji je izmjenjivač topline: a) kondenzator b) oscilator c) generator d) trnsformator 8. Mjerna jedinica za frekvenciju je: a) herc b) kulon c) njutn d) om Napomena sadržaji označeni *****+ su za one koji žele znati više. |
utorak, 28.02.2012.
NAČIN DJELOVANJA ALATA 5.R tema 6.1.
|
UVODNI DIO *****+ Prve alate izrađivao je čovjekov predak australopitek afrikanus (južni majmun afrički) koji se pojavio prije 3 milijuna godina. Radi se uglavnom o drvenim zašiljenim motkama koje je koristio za vađenje gomolja i insekata iz savanskog okružja. Za šiljenje drvenih motki koristio je kamene oštrice koje je pronalazio u prirodi jer nije bio sposoban sam ih proizvesti. Takvi alati koriste se i danas za iste svrhe među Bušmanima, Aboriginima i Pigmejima. Slijedeći čovjekov predak homo habilis (spretni čovjek) izrađivao je grube kamene oštrice. Prva oštrica od crnog kvarcita (tvrdi kamen) koja je pronađena u Etiopiji stara je oko 2,5 milijuna godina. Slijedeći čovjekov predak homo erectus (uspravni čovjek) bio je do pojave homo sapiensa vodeći primat na zemlji. Pronašao je mnoge izume i usavršio njihovu primjenu. Poboljšao je izradu oštrica od okresnog kamena, otkrio je klin, ali usavršene alate od kamena napravio je tek homo sapiens u mlađem kamenom dobu. 1. Komentiraj ulogu alata u najranijoj ljudskoj povijesti. U najranijoj ljudskoj povijesti alat je ujedno bio i oružje. Materijal oštrice alata dao je ime pojedinim povijesnim razdobljima, pa tako imamo kameno, bakreno, brončano i željezno doba. Čim bi došlo do otkrića boljeg materijala za izradu oštrice ili boljeg postupka obrade to bi rezultiralo napredkom na svim područjima. Nastanak nekih prezimena također možemo povezati sa alatima, a i poslovica bez alata nema zanata naglašava njegovu važnost. 2. Što su alati? Alati su tehničke tvorevine ili pomagala pomoću kojih obavljamo neki rad i pritom djelujući manjom silom savladavamo nekoliko puta veću. 3. Kako nazivamo alate koji se sastoje od jednog dijela i nabroji koje poznaješ. Takve alate nazivamo prostim alatima, a to su poluga, kosina, kugla, valjak, klin i kotač. 4. Kako nazivamo alate koji su kombinacija prostih alata ( najčešće dva ili tri )? To su jednostavni alati, a neki od njih su škare, kliješta, pila, čekić, sjekira... 5. Što je pribor i koja je glavna razlika između pribora i alata? Pribor također koristimo u obavljanju poslova. Koristimo pribor za jelo, pribor za šminkanje, pribor za čišćenje obuće, pribor za tehničko crtanje... Uloga pribora je da se ruka lakše prilagodi poslu koji obavlja, a ne da svlada veću silu. 6. Opiši polugu i objasni temeljni zakon poluge. To je jedan od najstarijih alata. Stari znanstvenici dobro su poznavali njene zakonitosti (Arhimed). Integrirana je u jednostavne alate, a u strojevima također ima važnu ulogu. Temeljni zakon daje odgovor na pitanje kad je poluga u ravnoteži. Poluga je u ravnoteži kad je umnožak sile i njenog kraka jednak umnošku druge sile koja joj se suprostavlja i njenog kraka. Krak je udaljenost od sile do oslonca, a umnožak sile i kraka nazivamo momentom. Kraće rečeno poluga je u ravnoteži kad su momenti sila koje se jedna drugoj suprostavljaju jednaki. Zakon o ravnoteži poluge naziva se i zlatno pravilo mehanike. Ako je oslonac između krajnjih rubova imamo dvokraku polugu, a ako je na sredini imamo dvokraku polugu jednakih krakova (klackalica i apotekarska vaga). Ako se oslonac nalazi na samom rubu poluga je jednokraka (otvarač čepova na boci, tačke, kvaka...). 7. Opiši prosti alat kosinu. Kosinu koristimo kod utovara teških predmeta radi smanjivanja sile koju je potrebno primjeniti. Silu povlačenja smanjujemo ako smanjujemo nagib kosine, ali tada povećavamo put povlačenja. Koliko puta je put povlačenja veći od puta dizanja toliko puta je i sila povlačenja manja od sile dizanja. Primjer upotrebe kosine su rampe na ulazu u stambene zgrade i javne ustanove za kolica invalidnih osoba. Letači na skijama doskaču blizu 250 m i prizemljuju na kosini. Zagrebačka Uspinjača koja već 120 godina povezuje Donji i Gornji grad također je primjer korištenja kosine, a i poznata je turistička atrakcija. Arhimedov vijak je uređaj za izvlačenje vode. To je u biti jednostavni alat koji se sastoji od valjka i kosine koja je obmotana oko valjka, a i ugrađuje se koso. 8. Opiši prosti alat valjak. Upotrebom valjka znatno smanjujemo silu povlačenja i to iz tri razloga. • U ovom slučaju djeluje trenje kotrljanja ili valjanja koje je znatno manje od trenja klizanja. • Dodirna površina između valjka i podloge je vrlo mala. • Prilikom upotrebe valjka uglavnom je omogućeno podmazivanje što dodatno smanjuje trenje. Primjeri upotrebe valjka su osovine i vratila, elementi valjnih i kliznih ležajeva te valjci transportnih traka koje koristimo u rudarstvu i industriji građevinskog materijala. 9. Opiši prosti alat kotač. To je jedan od najvažnijih izuma u prošlosti a nastao je sužavanjem valjka. Izumljen je u Mezopotamiji prema najstarijim procjenama prije 10000 godina. Primjenjuje se kod vozila. Postojanje trenja kotrljanja, mala dodirna površina i mogućnost podmazivanja su razlozi što je kod njegovog korištenja mala sila povlačenja. 10. Opiši prosti alat kuglu. Kugla za razliku od kotača omogućava gibanje u svim smjerovima. Sila koju moramo primjeniti mala je zbog kotrljanja, male dodirne površine i eventualnog podmazivanja. Kugla se primjenjuje kod kugličnih ležajeva, kuglastih zglobova (ovjes motornih vozila), miš za računalo, itd. 11. Opiši prosti alat klin. Svi alati koji imaju oštricu temelje se na svojstvu klina. Te alate moramo održavati oštrim, jer tada sila djeluje na manju površinu i tako povećavamo učinak. 12. Što je TESLA? Tesla je jednostavni alat. Sastoji se od poluge i klina a služi za obradu drveta. (slike na Internetu). Tesla je odgovorna za promjenu prezimena obitelji Nikole Tesle. Neki je predak navodno imao nepravilne zube nalik alatu tesli. 13. Opiši jednostavni alat pilu. Pila se sastoji od poluge i klinova. Služi za rezanje raznih materijala, a specifičnost je postupka da se otkidaju sitni djelići materijala. 14. Opiši jednostavni alat kliješta. Ima ih više vrsta. Sastoje se od dvije poluge koje su u okretištu spojene zakovanim valjkom ili vijkom. Na čeljustima mogu biti integrirani klinovi za odsjecanje. Udaljnost od oslonca do vrha čeljusti je nekoliko puta manja nego do kraja ručki pa se može znatno uvećati sila. 15. Povijest kotača *****+ Najstariji prikaz kola sa kotačima nalazi se na glinenoj posudi staroj oko 5.500 godina. Pronađena je u južnoj Poljskoj. U tom području mnogo godina kasnije stvorena je Bijela Hrvatska. Glavni grad je bio Krakov koji se tada zvao Hrvat. Prikazi otkrića kotača u sjevernom Kavkazu (kultura Maykop), a i u Mezopotamiji, imaju približno istu starost. Indoeuropljani su u kulturi Andronovo, a vjerojatno i drugdje, usavršili kotač. Također su u kulturi Dereivka prije 6.000 godina pripitomili konja što je dalo novu dimenziju tom epohalnom otkriću. Koristili su ga u vojne svrhe za izradu bojnih kola. Nakon toga dolazi do migracija malog broja Hetita i Mitanaca na područje Male Azije i sjeverne Mezopotamije gdje se, iako malobrojni, uspjevaju nametnuti starosjediocima Hatima i Huritima kao vladajući sloj u periodu od 500 - 700 godina. Kasiti, ratoborni narod iz zapadnog Irana, primili su jako mali broj Indoeuropskih došljaka koji su raspolagali tehnologijom bojnih kola, ali im je to omogućilo da osvoje Babiloniju i da vladaju njom 400 god. Sadržaji označani znakom *****+ su dodatni ili izborni. |
subota, 04.02.2012.
IZRADA MODELA VJETRENJAČE 5. R. TEMA 4.3.
|
1. Opiši ulogu i način rada vjetrenjače. Vjetrenjača je uređaj pomoću kojeg se energija vjetra pretvara u neke druge korisne oblike energije. U prošlosti se je najviše koristila za pogon mlinskog kamena i za izvlačenje vode. Danas joj je glavna zadaća prozvodnja električne energije pomoću vjetroelektrana. Vjetar predaje mehaničku energiju propeleru koji zakreće rotor generatora i u međudjelovanju sa statorom proizvodi se izmjenična električna struja. 2. Kad se pojavljuju prvi zapisi o vjetrenjačama? Potječu iz Perzije, a starost je veća od 2000 god. Perzijanci, kao i ostali iranski narodi (Skiti, Medijci, Sarmati i Arijci) dali su veliki doprinos onodobnoj kulturi i tehničkoj kulturi. Pripadaju Indoeuropskoj grupi naroda koja je migrirala iz područja istočno od Kaspijskog jezera (kultura Andronovo). Neki istraživači ubrajaju i Hrvate u Iranske narode koji su se naknadno slavenizirali. 3. Opiši energiju vjetra. Vjetar raspolaže sa mehaničkom energijom koja je obnovljiva. Energija pasatnih vjetrova nastaje utjecajem rotacije Zemlje. Enargija svih ostalih vjetrova nastaje pretvorbom od toplinske energije Sunca. 4. Navedi izvore energije Glavni izvori energije su kemijska energija fosilnih goriva, energija nuklearnih goriva (uran i plutonij), te mehanička energija rijeka i jezera (obnovljivi izvor). U sporedne izvore energije ubrajamo energiju Sunca, mehaničku energiju vjetra, mehaničku energiju mora (plima i oseka, te valovi), toplinsku geotermalnu energiju, toplinsku energiju Zemlje i kemijsku energiju biomase. Oceani posjeduju ogromne zalihe toplinske energije nastale pretvorbom od Sunčevog zračenja, ali nije podesna za iskorištavanje. Svi ovi izvori su obnovljivi. 5. Što je model? Model je predmet koji funkcionalno oslikava stvarni objekt iz prirode. Radimo ga od jeftinijeg materijala (karton, drvo, žica, stiropor, itd). Može biti umanjen ili uvećan. 6. Navedi i opiši dijelove dokumentacije potrebne za izradu proizvoda. a) Informacijska lista. Glavninu čine sastavni i radionički crteži i daje podatke o izgledu proizvoda i njegovih pojedinih dijelova. b) Radna lista opisuje potreban alat, pribor i materijal. c) Operacijska lista slikom i tekstom opisuje slijed radnih operacija ( tehnološki postupak izrade). 7. Tehnička kultura preporuča da oni učenici koji pokazuju interes za strojarstvo i elektrotehniku posjete na Internetu stranice koje obrađuju iskorištavanje energije vjetra pomoću vjetroelektrana. Izgledno je da će u budućnosti, kada današnje generacije učenika petih razreda budu zaposlene, to biti zanimljiv i dobro plaćen posao. Priobalni pojas Hrvatske obiluje energijom vjetra (zabilježene su brzine veće od 300,00 km/h). Za sada su izgrađena dva polja s vjetroelekranama, a u raznim fazama izrade je još 50 projekata. Na Pometenom brdu kod Konjskog (zaleđe Splita) Končar gradi vjetro polje od desetak jedinica snage 1 MW i jedan snage 2,5 MW što je najsnažnija vjetroelektrana domaće proizvodnje. Danski VESTAS proizveo je najveću vjetroelektranu na svijetu tip V164 snage 7 MW (lopatica je dugačka 80 m, a stup je visok 164 m). Pogledaj na Internetu. |
utorak, 06.12.2011.
DODATAK TEMI 6.2.2 STRUKTURA I POGON ZRAKOPLOVA - Izložba u galeriji Zvonimir
|
Tehnička kultura preporuča da se posjeti izložba u galeriji ZVONIMIR (u kompleksu doma hrvatske vojske) u četvrtak 08.12.2011. godine u 19 sati. Na njoj će biti izloženo 30 umjetničkih slika letova i zrakoplova, te petnaestak maketa zrakoplova. Slike prikazuju povijesne letove, značajnije letove u domovinskom ratu i suvremene teme, a izrađene su realistično sa tehničkom preciznošću.       |
